一種高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法
2023-10-11 18:16:49 2
專利名稱：一種高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法。
背景技術：
近幾年，廢水中重金屬對環境及人體健康汙染得到廣泛的關注。至少有二十種金屬被稱之為有害金屬，鉛是其中最有毒性的元素之一。根據美國環境保護機構數據，鉛在飲用水中的含量不能超過0.015 mg/L。鉛聚集到環境和人體中容易導致腎衰竭、高血壓等疾病，因此，鉛含量必須控制在環境允許水平。目前，各種技術方法用以除去廢水中鉛離子，如沉澱法、離子交換法、膜過濾法、電滲析法。然而這些技術存在能量輸入大、經濟成本高等缺點，且鉛離子濃度高時其去除率低。在廢水處理技術中，吸附法是最具前景的一種方法，其具有高效性且沒有有害副產物產生。具有高比表面積和吸附性能的活性炭是目前應該最廣泛的吸附劑之一，然而活性炭的生產過程成本較高，且涉及到活化及碳化等高端技術。因此，開發低成本、高吸附性的可再生的新型吸附劑成為目前研究的熱點。纖維素是自然界最容易得到的植物資源之一，其具有可再生性、可生物降解性、生物適性、均質性等特點。目前，開發新型功能纖維擴大其在其它工業中應用得到越來越多的關注。本發明將植物資源作為吸附原料，開發了一種高效的新型鉛離子吸附材料。
發明內容
本發明的目的在於提供一種對鉛離子具有強吸附能力的磺酸化纖維素的製備方法。本發明是通過如下技術方案實現的:
一種高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法，其特徵在於包括以下步驟:
1)將棉花纖維素與質量濃度為10-50%的硫酸混合，然後用超聲波預處理5-30min，得預處理液；其中棉花纖維素與硫酸溶液的質量比為1:2-6 ;
2)向預處理液中加入壬基酚聚氧乙烯醚和N，N-二甲基甲醯胺，在50-80°C、攪拌條件下恆溫40-80 min，得處理液；其中壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲醯胺與預處理液的質量比為 0.01-0.03:1-10:1 ；
3)向處理液中加入滲透劑，攪拌40-120min，冷卻、洗滌、乾燥得磺酸化纖維素；所述滲透劑為質量比為2:1的三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸的混合物，滲透劑與處理液的質量比為2-6:1。所述硫酸的質量濃度優選為20%，棉花纖維素與硫酸溶液的質量比優選為1:2。所述壬基酚聚氧乙烯醚、N, N-二甲基甲醯胺與預處理液的質量比優選為0.01:4:1 ;所述滲透劑與處理液的質量比優選為3:1。與現有的製備磺酸化纖維素的方法相比，本發明的製備方法最主要的改進在於:I)採用硫酸對纖維進行預處理後，進行超聲波預處理。2)使用質量比為2:1的三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸的混合物作為磺化劑，從而提高了磺酸化纖維素中SO3Na的取代度；進而提高了其吸附鉛離子的能力。所述磺酸化纖維素(又稱纖維素硫酸酯)，其結構式為:
權利要求
1.一種高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)將棉花纖維素與質量濃度為10-50%的硫酸混合，然後用超聲波預處理5-30min，得預處理液；其中棉花纖維素與硫酸溶液的質量比為1:2-6 ; 2)向預處理液中加入壬基酚聚氧乙烯醚和N，N-二甲基甲醯胺，在50-80°C、攪拌條件下恆溫40-80 min，得處理液；其中壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲醯胺與預處理液的質量比為 0.01-0.03:1-10:1 ； 3)向處理液中加入滲透劑，攪拌40-120min，冷卻、洗滌、乾燥得磺酸化纖維素；所述滲透劑為質量比為2:1的三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸的混合物，滲透劑與處理液的質量比為2-6:1。
2.根據權利要求1所述的高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法，其特徵在於:所述硫酸的質量濃度為20%，棉花纖維素與硫酸溶液的質量比為1:2。
3.根據權利要求1或2所述的高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法，其特徵在於:其所述壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲醯胺與預處理液的質量比為0.01: 4:1 ;所述滲透劑與處理液的質量比為3:1。
全文摘要
本發明提供了一種高效鉛離子吸附材料磺酸化纖維素的製備方法，首先將棉花纖維素在室溫下採用硫酸混合進行超聲波預處理後，加入壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲醯胺和三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸混合物進行磺酸化處理；冷卻至室溫並洗滌後，真空乾燥得到磺酸化纖維素。本發明磺酸化纖維素在常溫下就對鉛離子具有優良的吸附性能，處理範圍是0-800mg/l。尤其當鉛離子濃度低於40mg/g時，其去除率為100%，這是其它吸附材料無法達到的效果。另外用磺酸化纖維素吸附含鉛離子水溶液，其吸附速度快且可多次重複使用，10min能達到吸附平衡。較合適的吸附溫度是10-40℃，可在pH3-6.5範圍內使用。
文檔編號C02F1/62GK103143327SQ20131007606
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者董翠華, 龐志強, 張海光, 劉玉 申請人:山東輕工業學院